Диалектика и пути развития систем автоблокировки

Системы автоматической блокировки прошли более чем вековой путь развития от простейших механических устройств до современных систем на основе микропроцессорной техники. Техническая реализация систем АБ на каждом этапе зависела от многих факторов. К основным факторам следует отнести интенсивность и скорость движения поездов, требования по надежности и безопасности систем АБ, наличие и уровень электрических помех, надежность электроснабжения, уровень развития и достижения науки и техники, опыт и традиции, приобретенные при разработке и эксплуатации действующих устройств.

В первых системах АБ (с 1859 года) был реализован принцип регулирования движения поездов по временному интервалу. При этом сигнальное устройство автоматически переводилось в закрытое (запрещающее) положение при проследовании его поездом. Опыт создания таких устройств был накоплен в процессе разработки и эксплуатации полуавтоматических систем путевой блокировки. В качестве устройств фиксации проследования поезда применяли различные конструкции механических путевых педалей, которые при помощи системы тяг и рычагов закрывали сигнальное устройство. Позже начали применять электрические датчики. Например, датчик в виде магнитоэлектрической машины, устанавливаемой у рельсов и приводимой в действие поездом.

Регулирование временным интервалом было принято как более простое по алгоритму, так как опыта разработки устройств для автоматического контроля освобождения блок-участка (БУ) не существовало. Суть способа заключается в том, что по истечении определенного интервала времени после закрытия сигнала, достаточного для освобождения поездом впередилежащего БУ, происходило самопроизвольное автоматическое открытие этого сигнала. При этом применялись, в частности, такие интересные технические решения, как ртутный тормоз, использующий вязкие свойства ртути при опускании поршня под действием веса; часы с большим циферблатом, которые переводились в исходное положение при проследовании поезда и показывали машинисту следующего поезда, сколько времени прошло с момента проследования впередиидущего поезда. В качестве путевых сигнальных устройств применяли семафоры, поворотные диски, упоминавшиеся выше часы.

Очевидно, что такие системы АБ не могли обеспечить безопасность движения при остановке какого-либо поезда на перегоне, так как состояние сигнала не зависело от фактического состояния ограждаемых БУ. Поэтому вскоре была разработана система АБ с регулированием по пространственному интервалу, т. е. система с контролем состояния ограждаемого участка пути. В этой АБ, в дополнение к предыдущим устройствам, информация о проследовании поездом путевого сигнала передавалась при помощи электрического сигнала к предыдущему семафору и обеспечивала его автоматическое открытие. Фиксация проследования поезда и управление семафорами осуществлялись при помощи электрической энергии. Подобные системы относятся к так называемым точечным системам АБ, так как поезд воздействует на путевые устройства только в определенных точках пути. Недостатки таких систем – не контролируется освобождение блок-участка поездом в полном составе, нет контроля целостности рельсов.

Успехи электротехники позволили Вильяму Робинзону изобрести в 1867 году электрическую рельсовую цепь (РЦ), а в 1869 году – автоблокировку на ее основе. Это была экономичная по потреблению электроэнергии нормально разомкнутая рельсовая цепь с питанием от гальванических элементов. Эксплуатация автоблокировки на участке Филадельфия–Эри показала недостатки нормально разомкнутых рельсовых цепей с точки зрения безопасности движения – отсутствие контроля исправности рельсовой линии и аппаратуры, что могло привести к открытому состоянию сигнала при фактически занятом БУ.

В 1872 году Робинзон разработал лишенную указанных недостатков нормально замкнутую РЦ с предельной длиной 1,2 км.

Внедрение электрической тяги потребовало изменения схем рельсовых цепей. Для пропуска тягового тока одну рельсовую нить оставили без изолирующих стыков. Полученная однорельсовая (по современной терминологии – однониточная) РЦ обладала рядом недостатков – малая предельная длина (300–400 м), крайне низкая защищенность от помех постоянного тягового тока с возможностью ложного возбуждения путевого реле при занятом БУ или изломе рельса. Попытки устранения указанных недостатков долго не давали положительных результатов.

Только в 1902 году была изобретена рельсовая цепь переменного тока, защищенная от помех тягового тока. Появлению и использованию этого изобретения способствовало начало электрификации в конце ХIХ века, успехи в освоении техники переменного тока и передаче дешевой электроэнергии от централизованных электростанций. В предложенной двухрельсовой (двухниточной) РЦ постоянный тяговый ток пропускался в обход изолирующих стыков по дроссельным катушкам, аналогичным полуобмоткам основных обмоток современных дроссель-трансформаторов. РЦ переменного тока оказались более дешевыми в эксплуатации, стали вытеснять РЦ постоянного тока даже на участках с автономной тягой и явились мощным стимулом внедрения автоблокировки.

Однако через 20–30 лет вновь начали широко применяться РЦ постоянного тока. Объясняется это следующими факторами – недостаточное распространение источников переменного тока и низкая надежность электроснабжения, изобретение выпрямителей и создание аккумуляторов, приемлемых по стоимости и надежности. Указанные достижения электротехники позволили создать РЦ и АБ постоянного тока с питанием через выпрямитель от сети переменного тока и резервным питанием от аккумуляторных батарей. С развитием сетей электроснабжения и повышением их надежности автоблокировка постоянного тока в нашей стране в новом строительстве перестала применяться из-за сложности обслуживания аккумуляторных батарей и влияния электрохимического эффекта на работу РЦ постоянного тока с импульсным питанием.

В дореволюционной России до 70-х годов 19 века пользовались системами регулирования с временным интервалом, затем полуавтоматической блокировкой с телеграфным и телефонным способами сношений между блок-постами. Первая автоблокировка с рельсовыми цепями на опытном участке длиной 3 км была построена в 1915 году.

В послереволюционной России в 1931 году с целью выбора наиболее перспективной системы АБ были закуплены в США, Германии и построены системы АБ четырех типов:

1. С рельсовыми цепями переменного тока частотой 50 Гц со стыковыми дросселями и линейными цепями переменного тока (для участка с электрической тягой постоянного тока). Всего в АБ использовалось три реле – путевое, линейное (фазочувствительные реле моторного типа) и огневое. Применение фазочувствительных реле обеспечивало надежную защиту от влияния тягового тока. Однако наша промышленность того времени была не в состоянии освоить выпуск столь сложных реле.

2. С рельсовыми и линейными цепями постоянного тока на первичных элементах питания. В этой системе использовались более простые реле и автономные источники питания, что делало их привлекательными при работе в местностях, не имеющих центрального электроснабжения. Однако применение гальванических элементов в качестве источников электропитания существенно повышало стоимость АБ.

3. С рельсовыми цепями переменного тока с фазочувствительными двухэлементными секторными реле и питанием от высоковольтной линии. Эта система также не была принята к широкому применению, как и первая.

4. С рельсовыми цепями постоянного тока при питании через выпрямители от централизованных источников переменного тока с резервом от аккумуляторных батарей (смешанная система питания).

В связи с тем, что на сети дорог в основном использовалась автономная тяга поездов и с учетом развернувшихся работ по электрификации народного хозяйства страны, эта система была принята в качестве основной.

В 1932 году один из самых напряженных участков был оборудован такой системой АБ на отечественных приборах. Этот момент можно считать началом новой истории развития отечественных систем АБ. За 10 лет протяженность железнодорожных линий, оборудованных АБ, достигла 8,5 тыс. км.

В последующем недостатки, присущие АБ постоянного тока, а также перспективы широкого внедрения электрической тяги потребовали разработки более совершенных систем. Наиболее перспективной оказалась числовая кодовая автоблокировка (КАБ), разработанная в 1945 году в Центральном научно-исследовательском институте железнодорожного транспорта. С 1952 года ее стали применять как основную систему.

Необходимо отметить, что развитие и совершенствование систем АБ, как и всех других устройств СЖАТ, происходит непрерывно. Можно выделить следующие направления такого развития.

1. Модернизация эксплуатируемых систем с целью повышения их надежности и безопасности функционирования. При этом проводится как модернизация отдельных элементов путем улучшения их конструкции, характеристик и совершенствования технологии изготовления, так и совершенствование схемных решений. В первую очередь модернизации подвергаются наименее надежные элементы и схемы, выявленные в процессе эксплуатации. Так, например, дешифратор импульсной работы путевого реле АБ постоянного тока дважды претерпевал существенные изменения. Крупными шагами в направлении совершенствования систем были разработка и внедрение штепсельных реле, бесконтактного коммутатора тока для кодовых рельсовых цепей, двухнитевых ламп, введение двухполюсного размыкания цепей разрешающих огней светофора, последовательное включение контактов повторителей реле Ж и Ж1 в ответственных цепях системы КАБ и многие другие технические решения.

2. Улучшение характеристик существующих систем. Так, например, применение импульсного питания в РЦ постоянного тока позволило существенно увеличить ее предельную длину, введение реле Ж1 в кодовой АБ повысило быстродействие системы и т. д.

3. Модернизация с целью повышения удобства и снижения расходов на обслуживание устройств. К таким мероприятиям следует отнести уже упомянутое внедрение штепсельных реле, введение измерительных панелей в релейных шкафах кодовой АБ, совершенствование конструкции релейных шкафов и способов размещения в них приборов, организацию дистанционного контроля исправности основных элементов АБ.

4. Модернизация систем с целью расширения функциональных возможностей. Существенным изменениям подверглись односторонние системы АБ в связи с необходимостью организации временного двухстороннего движения поездов по одному из путей двухпутного перегона. Произошла и модернизация систем АБ для регулирования поездов разных категорий на пригородных участках с интенсивным движением (АБ с четырехзначной сигнализацией).

5. Разработка систем АБ с новыми принципами построения или с существенными отличительными признаками для комплексного решения вышеперечисленных задач. Существенными отличительными признаками могут быть типы рельсовых цепей, элементная база, способ передачи информации между сигнальными установками, новые технические решения, функциональные возможности системы. Чаще всего толчком для разработки таких систем являются возросшие потребности перевозочного процесса, существенные изменения условий применения систем, достижения техники и технологии или стремление разработчиков создать систему, превосходящую известные системы по многим параметрам (стоимость, надежность, безопасность, удобство обслуживания и т. д.).

Потребности перевозочного процесса могут заключаться в необходимости дальнейшего повышения пропускной способности, оперативной организации двухстороннего движения поездов по каждому пути двухпутного перегона, регулирования движения высокоскоростных поездов, создания систем, стоимость которых соответствует интенсивности движения поездов на данном участке. Под условиями применения АБ понимаются такие факторы, как, например, пониженное сопротивление балласта, наличие грунтов или рельефа местности, затрудняющих установку напольного оборудования, климатическая и социальная обстановка в отдельных регионах.

В настоящее время подавляющее распространение на сети дорог России получила кодовая АБ. Поэтому, прежде чем рассматривать принципы построения и достоинства новых систем автоблокировки, рассмотрим недостатки кодовой АБ, которые устраняются в перспективных системах.